[发明专利]单个阿秒脉冲的互相关测量方法和系统

说明书

本发明公开了一种单个阿秒脉冲的互相关测量方法和系统，该方法包括：采用阿秒条纹相机方案测量单个阿秒脉冲的光电子能谱行迹图，对数据进行单频滤波和傅立叶变换，提取相位角信息，根据相位角信息构建正余弦形式的误差函数，采用高斯牛顿算法进行迭代寻优，输出最优单个阿秒脉冲谱相位，结合上述光电子能谱行迹图，反演单个阿秒脉冲的时域波形。根据上述的互相干测量方法进行测量的系统包括：用于实验测量互相关数据的实验测量模块，相位角提取模块，迭代求解模块以及阿秒脉冲表征模块。本发明通过上述技术方案实现了快速收敛、精度高、鲁棒性强和对调制激光光强及脉宽适用范围广的单个阿秒脉冲互相关测量。

技术领域

本发明属于超快激光技术领域，尤其涉及单个阿秒脉冲的互相关测量方法和系统。

背景技术

阿秒脉冲由于极短的脉冲宽度(1阿秒＝10^-18秒)和超高的时间分辨能力，能够对电子尺度微观超快动力学进行研究，在物理学、化学和生物学领域有着广泛的应用。相较于产生与应用单个阿秒脉冲的巨大潜力和价值，实验上对单个阿秒脉冲的测量以及其光谱、相位、脉宽等特性进行精确表征也是重要且富有挑战的课题。时间尺度上，单个阿秒脉冲脉宽远小于电子元件纳秒量级的最快响应时间，无法直接测量。

现有技术单个阿秒脉冲测量的实验方法主要采用阿秒条纹相机(at-tosecondstreak camera)方案。该方案基于单个阿秒脉冲与调制激光的互相关，并从两个基本点出发：1)利用亚周期振荡作为确定单个阿秒脉冲脉宽的时间基准；2)将XUV光产生的光电子信息同时对应在能量和角度上。因此，阿秒条纹相机方案适用于较短的单个阿秒脉冲测量，该方案中，单个阿秒脉冲的相位信息不能通过公式从光电子能谱中提取，而是需要理论反演的方法获取。具体地，通过近似求解薛定谔方程得到从单个阿秒脉冲到光电子能谱的计算公式，然后将预估的单个阿秒脉冲代入公式得到光电子能谱，并与实验上测到的光电子能谱相比较，获得误差函数，最后通过优化方法寻找使误差函数极小的单个阿秒脉冲相位作为结果输出。

上述针对宽频(脉宽小于100阿秒)单个阿秒脉冲的反演算法，目前一种应用较为广泛的是单频振荡滤波的相位反演法PROOF(Phase Retrieval by Omega OscillationFiltering)(见文献Optics Express,vol.18,No.12.(June 7,2010)“Charaterizingultrabroadband attosecond lasers”)。由于PROOF计算过程采用弱场近似条件，其在强调制激光场调制时失效。另外，由于PROOF迭代求解过程中的误差函数采用正切形式，存在多解可能，导致在某些条件下不收敛或者局域最优，从而无法精确求解。且采用遗传算法迭代优化目标函数，求解阿秒脉冲谱相位，反演速度较慢。

发明内容

基于此，本发明的目的是在强场近似和弱场调制近似的前提下，通过构造正余弦形式的误差函数，结合高斯牛顿迭代算法，对单个阿秒脉冲进行反演测量，本发明公开的技术方案解决的技术问题是如何实现快速准确的宽带单个阿秒脉冲互相关测量，以便在阿秒实验过程中能同时唯一确定地获取单个阿秒脉冲诸如脉宽、相位、啁啾等脉冲特征。